Операционная система, программное обеспечение ПК

Билет № 1 Понятие операционной системы. Расположение операционной системы в общей структуре компьютера

 

Операционная система – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

ОС образует автономную среду, не связанную ни с одним из языков программирования. Любая же прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные в среде одной операционной системы, не могут быть использованы для работы в среде другой операционной системы, если нет специального комплекса программ (конвертера), позволяющего это сделать. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

1.         Расположение ОС в общей структуре компьютера.

Современная компьютерная система состоит из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, дисков, клавиатуры, монитора, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, т.е. является сложной комплексной системой. Написание программ, которые следят за всеми компонентами, корректно используют их и при этом работают оптимально, представляет собой крайне трудную задачу. По этой причине компьютеры оснащаются специальным уровнем программного обеспечения, называемым операционной системой. ОС отвечает за управление всеми перечисленными устройствами и обеспечивает пользователя программами, имеющими простой, доступный интерфейс для работы с аппаратурой. Состав компьютерной системы условно можно разбить на три уровня:

-    аппаратный уровень;

-    системный уровень;

-    программный уровень.

Билет №2 Понятие операционной системы. Классификация операционных систем

 

Операционная система — программа, которая загружает ПК и работает напрямую с аппаратными частями ПК, является транслятором (переводчиком) с человеческого языка на машинный.

Без Операционной системы ПК функционировать не может.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств ПК и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

WINDOWS 95, WINDOWS 98, WINDOWS ME, WINDOWS XP.

Состав Операционной системы:

1)         Программный модуль, управляющий файлами.

2)         Командный процессор (выполняет команды пользователя).

3)         Программы, обеспечивающие управление работой различных устройств (ввода, вывода, хранения).

4)         Графический модуль.

5)         Справочная система.

6)         Приложения.

Этапы загрузки Операционной системы:

1)         Включение ПК.

2)         Процессор обращается к ПЗУ за командами начальной загрузки.

3)         Тестирование подключенных устройств.

4)         Вывод характеристик найденных устройств.

5)         Загружается Операционная система из внешней памяти (HDD) в оперативную.

6)         Операционная система готова принимать задания от пользователя (Рабочий Стол).

Приложения операционной системы – программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основное назначение ОС – является загрузка прикладных программ и предоставление им некоторых сервисов.

Основная функция всех ОС – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

- интерфейса пользователя и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

- интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

- интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Даже для одной аппаратной платформы IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренних и внешних.

Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций.

Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для ДОС в специальной (системной) области диска создаётся запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в BIOS. Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Все современные ДОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним.

К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением ОС:

- создание файлов и присвоение им имён;

- создание каталогов (папок) и присвоение им имён;

- переименование файлов и каталогов (папок);

- копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

- удаление файлов и каталогов (папок);

- навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

- управление атрибутами файлов и каталогов (папок).

ОС можно классифицировать различными способами, рассмотрим один из них – по функциональному назначению.

ДОС (Дисковые Операционные Системы).

Это системы, берущие на себя выполнение только четырех функций:

обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение (этот пункт не относится к ОС, предназначенным для прошивки в ПЗУ);

обеспечивать управление памятью, в простейшем случае это указание единственной загруженной программе адреса, на котором кончается память, доступная для использования, и начинается память, занятая системой, в многопроцессорных системах это сложная задача управления системными ресурсами;

обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски, флэш-память и т. д. как правило, ос управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные в виде файловых систем;

предоставлять более или менее стандартизованный доступ к различным периферийным устройствам, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства или двигатели, поворачивающие рулевые плоскости истребителя;

Как правило, они представляют собой некий резидентный набор подпрограмм, не более того. ДОС загружает пользовательскую программу в память и передает ей управление, после чего программа делает с системой все, что ей заблагорассудится. При завершении программы считается хорошим тоном оставлять машину в таком состоянии, чтобы ДОС могла продолжить работу. Если же программа приводит машину в какое-то другое состояние, что ж, ДОС ничем ей в этом не может помешать.

Характерный пример – различные загрузочные мониторы для машин класса Spectrum. Как правило, такие системы работают одновременно только с одной программой.

Дисковая операционная система MS DOS для IBM PC-совместимых машин является прямым наследником одного из таких резидентных мониторов.

Существование систем этого класса обусловлено их простотой и тем, что они потребляют мало ресурсов. Для машин класса Spectrum это более чем критичные параметры. Еще одна причина, по которой такие системы могут использоваться даже на довольно мощных машинах – требование программной совместимости с ранними моделями того же семейства компьютеров.

ОС общего назначения.

К этому классу относятся системы, берущие на себя выполнение всех вышеперечисленных функций. Разделение на ОС и ДОС идет, по-видимому, от систем IBM DOS/360 и OS/360 для больших компьютеров этой фирмы, клоны которых известны у нас в стране под названием ЕС ЭВМ серии 10ХХ. (Кстати, у IBM была еще TOS/360, Tape Operating System – Ленточная Операционная Система).

Здесь под ОС подразумеваются системы «общего назначения», т. е. рассчитанные на интерактивную работу одного или нескольких пользователей в режиме разделения времени, при не очень жестких требованиях ко времени реакции системы на внешние события. Как правило, в таких системах уделяется большое внимание защите самой системы, программного обеспечения и пользовательских данных от ошибочных и злонамеренных программ и пользователей. Обычно подобные системы используют встроенные в архитектуру процессора средства защиты и виртуализации памяти. К этому классу относятся такие широко распространенные системы, как Windows 2000, системы семейства Unix.

ОС реального времени.

Это системы, предназначенные для облегчения разработки так называемых приложений реального времени – программ, управляющих некомпьютерным оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями по времени. Примером такого приложения может быть программа бортового компьютера fly-by-wire (дословно – «летящий по проволоке», т. е. использующий систему управления, в которой органы управления не имеют механической и гидравлической связи с рулевыми плоскостями) самолета, системы управления ускорителем элементарных частиц или промышленным оборудованием. Подобные системы обязаны поддерживать многопоточность, гарантированное время реакции на внешнее событие, простой доступ к таймеру и внешним устройствам.

ОС промежуточных типов.

Существуют системы, которые нельзя отнести к одному из вышеперечисленных классов. Такова, например, система RT-11, которая, по сути своей, является ДОС, но позволяет одновременное исполнение нескольких программ с довольно богатыми средствами взаимодействия и синхронизации. Другим примером промежуточной системы являются MS Windows 3.x и Windows 95, которые, как ОС, используют аппаратные средства процессора для защиты и виртуализации памяти и даже могут обеспечивать некоторое подобие многозадачности, но не защищают себя и программы от ошибок других программ, подобно ДОС.

Системы виртуальных машин.

Такие системы стоят несколько особняком. Система виртуальных машин – это ОС, допускающая одновременную работу нескольких программ, но создающая при этом для каждой программы иллюзию того, что машина находится в полном ее распоряжении, как при работе под управлением ДОС. Зачастую, «программой» оказывается полноценная операционная система – примерами таких систем являются VMWare для машин с архитектурой iх86 или VM для System/370 и её потомков.

Виртуальные машины являются ценным средством при разработке и тестировании кросс-платформенных приложений. Реже они используются для отладки модулей ядра или самой ОС.

Такие системы отличаются высокими накладными расходами и сравнительно низкой надежностью, поэтому относительно редко находят промышленное применение.

 

Билет №3 Понятие операционной системы. Основные функции операционной системы

 

Операционная система — программа, которая загружает ПК и работает напрямую с аппаратными частями ПК, является транслятором (переводчиком) с человеческого языка на машинный.

Без Операционной системы ПК функционировать не может.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств ПК и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

WINDOWS 95, WINDOWS 98, WINDOWS ME, WINDOWS XP.

Состав Операционной системы:

7)         Программный модуль, управляющий файлами.

8)         Командный процессор (выполняет команды пользователя).

9)         Программы, обеспечивающие управление работой различных устройств (ввода, вывода, хранения).

10)      Графический модуль.

11)      Справочная система.

12)      Приложения.

Этапы загрузки Операционной системы:

7)         Включение ПК.

8)         Процессор обращается к ПЗУ за командами начальной загрузки.

9)         Тестирование подключенных устройств.

10)      Вывод характеристик найденных устройств.

11)      Загружается Операционная система из внешней памяти (HDD) в оперативную.

12)      Операционная система готова принимать задания от пользователя (Рабочий Стол).

К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением ОС:

- создание файлов и присвоение им имён;

- создание каталогов (папок) и присвоение им имён;

- переименование файлов и каталогов (папок);

- копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

- удаление файлов и каталогов (папок);

- навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

- управление атрибутами файлов и каталогов (папок).

Функции операционной системы.

Операционная система обеспечивает доступ пользователя и прикладных программ к аппаратным средствам компьютера. Основные функции операционной системы включают:

управление файлами и защита данных

обеспечение взаимодействия программ

управление системными ресурсами: процессор, память, жесткий диск и другие.

(иконка аппаратного средства) – Процессор, память, жесткий диск, видеоадаптер, периферийные устройства являются системными ресурсами. Доступ к любому системному ресурсу осуществляется через операционную систему. Операционная система регулирует использование всех аппаратных средств с целью обеспечения максимальной производительности компьютера.

(программа Word)- В тех случаях, когда программе требуется несколько ресурсов, операционная система разбивает ее на несколько параллельных процессов. Каждый из процессов взаимодействует с одним системным ресурсом (процессор, память, жесткий диск, принтер, видеоадаптер и др.). Операционная система отслеживает и синхронизирует выполнение процессов внутри одной программы.

(иконка программы) - Каждая прикладная программа использует определенные аппаратные средства: процессор, память, жесткий диск, принтер, клавиатура, мышь. Чтобы программа смогла получить доступ к устройству необходимо разрешение операционной системы. Операционная система регулирует использование всех аппаратных ресурсов с целью обеспечения максимальной производительности компьютера.

Билет № 4 Понятие вычислительного процесса и ресурса. Основные виды ресурсов компьютера

Понятие «вычислительный процесс» (или просто – «процесс») является одним из основных при рассмотрении ОС. Как понятие, процесс является определенным видом абстракции. Последовательный процесс (иногда называемый «задачей») – это выполнение отдельной программы с её данными на последовательном процессоре. Концептуально процессор рассматривается в двух аспектах:

-    он является носителем данных;

-    он (одновременно) выполняет операции, связанные с их обработкой.

В качестве примеров можно назвать следующие процессы (задачи):

-    выполнение прикладных программ пользователей;

-    выполнение утилит;

-    выполнение других системных обрабатывающих программ;

-    редактирование какого-либо текста;

-    трансляция исходной программы;

-    компоновка исходной программы;

-    исполнение исходной программы.

Ресурсы могут быть разделяемыми, когда несколько процессов могут их использовать одновременно (в один и тот же момент времени) или параллельно (в течение некоторого интервала времени процессы используют ресурс попеременно), а могут быть и неделимыми

 

Билет № 5 Понятие вычислительного процесса и ресурса. Прерывание

 

Понятие «вычислительный процесс» (или просто – «процесс») является одним из основных при рассмотрении ОС. Как понятие, процесс является определенным видом абстракции. Последовательный процесс (иногда называемый «задачей») – это выполнение отдельной программы с её данными на последовательном процессоре. Концептуально процессор рассматривается в двух аспектах:

-    он является носителем данных;

-    он (одновременно) выполняет операции, связанные с их обработкой.

В качестве примеров можно назвать следующие процессы (задачи):

-    выполнение прикладных программ пользователей;

-    выполнение утилит;

-    выполнение других системных обрабатывающих программ;

-    редактирование какого-либо текста;

-    трансляция исходной программы;

-    компоновка исходной программы;

-    исполнение исходной программы.

Прерывания представляют собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Таким образом, прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе (а через нее – к соответствующей программе обработки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.

Механизм прерываний реализуется аппаратно-программными средствами. Структуры систем прерывания (в зависимости от аппаратной архитектуры) могут быть самыми разными, но все они имеют одну общую особенность – прерывание непременно влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессором.

Механизм обработки прерываний независимо от архитектуры вычислительной системы включает следующие элементы:

1. Установление факта прерывания (прием сигнала на прерывание) и идентификация прерывания (в операционных системах иногда осуществляется повторно, на шаге 4).

2. Запоминание состояния прерванного процесса. Состояние процесса определяется, прежде всего, значением счетчика команд (адресом следующей команды, который, например, в i80x86 определяется регистрами CS и IP – указателем команды), содержимым регистров процессора и может включать также спецификацию режима (например, режим пользовательский или привилегированный) и другую информацию.

3. Управление аппаратно передается подпрограмме обработки прерывания. В простейшем случае в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния. В более развитых процессорах, например в том же i80286 и последующих 32-битовых микропроцессорах, начиная с i80386, осуществляется достаточно сложная процедура определения начального адреса соответствующей подпрограммы обработки прерывания и не менее сложная процедура инициализации рабочих регистров процессора.

4. Сохранение информации о прерванной программе, которую не удалось спасти на шаге 2 с помощью действий аппаратуры. В некоторых вычислительных системах предусматривается запоминание довольно большого объема информации о состоянии прерванного процесса.

5. Обработка прерывания. Эта работа может быть выполнена той же подпрограммой, которой было передано управление на шаге 3, но в ОС чаще всего она реализуется путем последующего вызова соответствующей подпрограммы.

6. Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу (этап, обратный шагу 4).

7. Возврат в прерванную программу.

Шаги 1-3 реализуются аппаратно, а шаги 4-7 – программно.

Билет № 6 Классификация программного обеспечения. Системное программное обеспечение

 

Классификация ПО

Традиционно программное обеспечение подразделяют на два класса:

1) системное программное обеспечение (СПО) и

2) прикладное (пользовательское) программное обеспечение (ППО)

Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.

СПО управляет ресурсами компьютерной системы и позволяет пользователям программировать в более выразительных языках, чем машинный язык компьютера. Состав СПО мало зависит от характера решаемых задач пользователя.

Системное программное обеспечение предназначено для:

 создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ);

 автоматизации разработки (создания) новых программ;

 обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

 проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

 выполнения вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью.

Программные продукты данного класса в основном ориентированы на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора.

Часто системное ПО компьютера подразделяют на БАЗОВОЕ и СЕРВИСНОЕ программное обеспечение.

Билет № 7 Классификация программного обеспечения. Прикладное программное обеспечение

 

Классификация ПО

Традиционно программное обеспечение подразделяют на два класса:

1) системное программное обеспечение (СПО) и

2) прикладное (пользовательское) программное обеспечение (ППО)

Прикладные программы предназначены для решения функциональных задач, они выполняют обработку информации различных предметных областей.

Это самый многочисленный класс программных продуктов.

В свою очередь он условно подразделяется на две группы.

1 группа – программы для решения отдельных, самостоятельных задач. Эти программы выполняются независимо друг от друга и представляют собой набор разрозненных, не связанных между собой знаний. Конечно, и они могут быть весьма сложными и очень необходимыми задачами.

2 группа - системы программ для решения классов задач из различных специализированных областей науки техники и промышленности. Часто такие системы называют пакетами прикладных программ. Программы, входящие в пакет, выполняются не отдельно друг от друга, а совместно, в различных комбинациях, в зависимости от конкретной решаемой задачи.

Билет № 8 Программные продукты. Основные характеристики ПП. Классы ПП

Программный продукт — комплекс взаимосвязанных программ для решения определенной проблемы (задачи) массового спроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции.

Основными характеристиками программ являются:

·           алгоритмическая сложность (логика алгоритмов обработки информации);

·           состав и глубина проработки реализованных функций обработки;

·           полнота и системность функций обработки;

·           объем файлов программ;

·           требования к операционной системе и техническим средствам обработки со стороны

·           программного средства;

·           объем дисковой памяти;

·           размер оперативной памяти для запуска программ;

·           тип процессора;

·           версия операционной системы;

·           наличие вычислительной сети и др.

 

Билет № 9 BIOS компьютера. Особенности взаимодействия отдельных компонентов компьютера. Аппаратная и программная части BIOS

 

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Наиболее широко среди пользователей компьютеров известна BIOS материнской платы, но BIOS присутствуют почти у всех компонентов компьютера: у видеоадаптеров, сетевых адаптеров, модемов, дисковых контроллеров, принтеров. По своей сути BIOS является посредником между аппаратным и программным обеспечением компьютера.

BIOS в ПК обычно можно найти в следующих компонентах системы:

ПЗУ системной платы;

ПЗУ платы адаптера (например, видеоадаптера);

данные на диске, загружаемые в ОЗУ (драйверы устройств).

Системная BIOS содержит драйверы основных компонентов (клавиатуры, дисковода, жесткого диска, последовательного и параллельных портов и т. д.), необходимые для начального запуска компьютера. По мере появления новых устройств (видеоадаптеров, накопителей CD-ROM, жестких дисков с интерфейсом SCSI и т. д.) их процедуры инициализации не добавлялись в системную BIOS. Острая необходимость в таких устройствах при запуске компьютера отсутствует, поэтому нужные драйверы загружаются с диска во время запуска операционной системы. Это относится к звуковым адаптерам, сканерам, принтерам, устройствам PC Card (PCMCIA) и т. д.

В то же время существует целый ряд драйверов, которые должны быть активизированы во время начальной загрузки. Например, можно ли загрузиться с жесткого диска, если драйверы, требующиеся для выполнения этой операции, должны быть загружены непосредственно с этого диска? Очевидно, что необходимые драйверы должны быть предварительно загружены в ПЗУ (read-only memory — ROM) системной платы или платы адаптера.

Такое расположение BIOS предотвращает необходимость постоянной модернизации системной BIOS при появлении новых моделей устройств, особенно используемых при начальной загрузке компьютера. Собственная BIOS, как правило, устанавливается на следующих платах:

·           видеоадаптеры — всегда имеют собственную микросхему BIOS;

·           SCSI-адаптеры — обратите внимание, что эта BIOS не поддерживает все SCSI-устройства, т. е. с диска необходимо загружать дополнительные драйверы для накопителей CD-ROM, сканеров, устройств Zip и прочих с интерфейсом SCSI; большинство новых SCSI-адаптеров поддерживают загрузку с накопителя SCSI CD-ROM, однако при загрузке с другого диска или устройства все равно понадобятся драйверы CD-ROM;

·           сетевые адаптеры — платы, поддерживающие загрузку непосредственно с файлового сервера; имеют так называемое загрузочное ПЗУ или модуль IPL (Initial program load — первоначальная загрузка системы), которые необходимы для начальной инициализации устройства либо нормального функционирования в бездисковых рабочих станциях или терминалах;

·           платы обновления IDE или дисковода — для поддержки функции загрузочного устройства при запуске системы;

Билет № 10 BIOS компьютера. Системная BIOS. Функции BIOS. Виды микросхем BIOS

 

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Наиболее широко среди пользователей компьютеров известна BIOS материнской платы, но BIOS присутствуют почти у всех компонентов компьютера: у видеоадаптеров, сетевых адаптеров, модемов, дисковых контроллеров, принтеров. По своей сути BIOS является посредником между аппаратным и программным обеспечением компьютера.

Главная функция BIOS материнской платы — инициализация устройств, подключённых к материнской плате, сразу после включения питания компьютера. BIOS проверяет работоспособность устройств (т. н. самотестирование, англ. POST — Power-On Self Test), задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины центрального микропроцессора), и после этого ищет загрузчик операционной системы (англ. Boot Loader) на доступных носителях информации и передаёт управление операционной системе.

Микросхемы BIOS бывают двух видов: